环境介质作用下应力腐蚀氢脆教学PPT.ppt

第六章 环境介质作用下 的金属力学性能,延滞断裂(低应力脆断),特定外界条件下: 低于材料屈服强度 服役一定时间后 突然脆断,1 应力腐蚀断裂,（静疲劳） 一 . 现象及其特征,拉应力（静应力） + 腐蚀介质 联合作用低应力脆断 材料的屈服强度,脆断，无明显塑变 特定的合金成分+特定的介质,一、特点,腐蚀介质（很弱）：材料腐蚀很慢（无应力时） scc（ stress corrosion cracking）,*合金产生应力腐蚀，须：,应力 + 特定腐蚀介质,二 、应力腐蚀断口特征,阴极,阳极,应力腐蚀裂纹,应力腐蚀裂纹,20钢的应力腐蚀断口,20钢断口腐蚀产物,典型的应力腐蚀照片,发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁,应力腐蚀形成断口，则： 裂纹形成+裂纹扩展,形成约全部时间90% 扩展仅占10%左右,a、裂纹形成决定寿命,b、可以是沿晶断裂， 也可以是穿晶断裂。,c、裂纹扩展：10-9-10-6m/s，似疲劳： 亚临界扩展-临界尺寸-突然断裂,取决于合金成分 及腐蚀介质,应力腐蚀裂纹,宏观形貌,脆性断裂，时有少量塑性撕裂痕迹,裂纹源可有几个： 垂直主应力面裂纹源引起断裂,裂纹源（多个）,源,源,裂纹源、亚稳扩展区- 黑色或灰黑色,源,亚临界扩展,失稳扩展区断口- 常有放射花样（羽毛状）或似“人”字纹, 光亮色,典型的应力腐蚀照片,失稳扩展,失稳扩展,应力腐蚀抗力指标及测试方法,早期， 特定介质中、 于不同应力下，,采用光滑试样， 测定滞后破坏时间。 得到,不足之处：,(1)因数据分散，有时可能得出错误的结论,(2)不能正确得出裂纹扩展速率的变化规律 (3)费时，且不能用于工程设计,断裂力学在应力腐蚀中的应用 +,断裂力学k1 应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂,ki,应力腐蚀临界应力场强度因子 材料不因应力腐蚀而断裂 （即材料有无限寿命）的k1 kiscc,（一）kiscc的概念,（二）开裂判据,裂纹前端的应力场强度因子ki大于材料的kiscc,裂纹扩展速率（ da/dt ）描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展,（三）应力腐蚀裂纹扩展速率,先决条件：当裂纹前端的ki kiscc时- 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt，和ki有关,lg(da/dt)- k1 曲线,段，kikiscc，平行纵坐标轴 段 ，裂尖钝，主要受电化学过程控制 段，da/dt 随ki而。达k1c，失稳扩展断裂 ()时间越长，材料抗scc性能越好,一种测定k1scc的方法 载荷恒定，使k1不断增大的方法， 最常用：恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置,裂纹,另一种测定k1scc的方法 位移恒定，k1不断, 用紧凑拉伸试样和螺栓加载,应力腐蚀断裂机理,附加应力（保护膜增厚） + 外加应力（） 膜裂致阳极溶解 + 塑性钝化,膜裂,裂纹扩展,滑移膜破阳极溶解再钝化,影响应力腐蚀的因素,1.环境因素 尤其是溶液ph值,2.力学因素,a,轧制高强度铝合金7075-t6板材,轧制方向（纵向） 长横向 短横向（沿厚度方向） 强度差别：,， , 纵向max，厚度min,b,不同强度40crnimo(4340),3.冶金因素 成份 组织 强度,预防机件应力腐蚀断裂的措施 ,减少或消除零件中的残余应力 改善介质条件,选用合适的合金材料 采用电化学保护 视具体的材料-介质而定,2 氢 脆,（一）氢脆来源和特点 含氢气氛的作用而引起的断裂,氢脆可分成两大类：,第一类为内部氢脆:,在材料制造（如：熔炼） 和 随后加工过程 吸收了过量的氢气,第二类为环境氢脆，,在应力和含氢介质联合作用引起脆性断裂， 如:贮氢的压力容器中出现的高压氢脆,（二）氢脆断口特征,内部氢脆断口往往出现“白点”,氢在缺陷处以分子态析出， 产生高内压，形成微裂纹， 其内壁为白色，称白点或发裂。,纵向发裂，横断面多呈圆形或椭圆形白点 表面光亮呈银白色 是一种内部微细裂纹,另一种“白点”, 呈鱼眼型,以材料内部的宏观缺陷 如气孔、夹渣等 为核心的银白色斑点,环境氢脆的特征,环境氢脆,kth,k1降低到某一临界值kth 材料不产生断裂，kth门槛值,发生环境氢脆两个关键因素,h扩散（+临界浓度）,与位错的关系 氢裂纹扩展阶段-热激活过程，决定于h的扩散速率,环境氢脆发生在,一定的温度范围